DE102022114918A1 - IMMERSION COOLING CASING - Google Patents
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- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
- H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
Abstract
Implementierungen eines Halbleitergehäuses können ein oder mehr in ein Substrat eingebettete Halbleiter-Dies; mindestens drei Stiftrippenanschlüsse, die mit dem Substrat gekoppelt sind; mindestens einen Signalanschlussdrahtverbinder und einen mit dem Substrat gekoppelten Aufnahmeabschnitt; und eine Beschichtung einschließen, die direkt mit allen Oberflächen des Substrats gekoppelt ist, die während des Betriebs einem Kühlmittel ausgesetzt sind. Der Aufnahmeabschnitt kann dazu konfiguriert sein, an einer Aufnahme in einer Immersionskühlkammer befestigt zu werden, die Kühlmittel einschließen kann.Implementations of a semiconductor package may include one or more semiconductor dies embedded in a substrate; at least three pin fin terminals coupled to the substrate; at least one signal lead wire connector and a receiving portion coupled to the substrate; and include a coating directly coupled to all surfaces of the substrate that are exposed to coolant during operation. The receptacle portion may be configured to attach to a receptacle in an immersion cooling chamber that may contain coolant.
Description
OUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENOVERREFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
Dieses Dokument beansprucht den Vorteil des Anmeldedatums der vorläufigen
HINTERGRUNDBACKGROUND
1. Technisches Gebiet1. Technical field
Gesichtspunkte dieses Dokuments betreffen allgemein Halbleitergehäuse, wie beispielsweise Gehäuse für Halbleitervorrichtungen. Weitere spezifische Implementierungen beinhalten Gehäuse für Leistungshalbleitervorrichtungen.Aspects of this document relate generally to semiconductor packages, such as packages for semiconductor devices. Other specific implementations include packages for power semiconductor devices.
2. Hintergrund2. Background
Halbleitergehäuse dienen dazu, elektrische Verbindungen zwischen einem Halbleiter-Die und anderen elektrischen Komponenten in einem System herzustellen. Halbleitergehäuse wurden auch konzipiert, um ein Halbleiter-Die vor physischen Kräften (Aufprall, Wärmebelastung, mechanische Belastung) und vor Umgebungsvariablen wie Feuchtigkeit oder Licht zu schützen.Semiconductor packages are used to make electrical connections between a semiconductor die and other electrical components in a system. Semiconductor packages were also designed to protect a semiconductor die from physical forces (impact, thermal stress, mechanical stress) and environmental variables such as moisture or light.
KURZDARSTELLUNGEXECUTIVE SUMMARY
Implementierungen eines Halbleitergehäuses können ein oder mehr in ein Substrat eingebettete Halbleiter-Dies; mindestens drei Stiftrippenanschlüsse, die mit dem Substrat gekoppelt sind; mindestens einen Signalanschlussdrahtverbinder und einen mit dem Substrat gekoppelten Aufnahmeabschnitt; und eine Beschichtung einschließen, die direkt mit allen Oberflächen des Substrats gekoppelt ist, die während des Betriebs einem Kühlmittel ausgesetzt sind. Der Aufnahmeabschnitt kann dazu konfiguriert sein, an einer Aufnahme in einer Immersionskühlkammer befestigt zu werden, die Kühlmittel einschließen kann.Implementations of a semiconductor package may include one or more semiconductor dies embedded in a substrate; at least three pin fin terminals coupled to the substrate; at least one signal lead wire connector and a receiving portion coupled to the substrate; and include a coating directly coupled to all surfaces of the substrate that are exposed to coolant during operation. The receptacle portion may be configured to attach to a receptacle in an immersion cooling chamber that may contain coolant.
Implementierungen von Halbleitergehäusen können eines, alle oder beliebige der folgenden einschließen:
- Das eine oder die mehreren Halbleiter-Dies können parallel gekoppelt werden, wenn sie in das Substrat eingebettet sind.
- The one or more semiconductor dies can be coupled in parallel when embedded in the substrate.
Das eine oder die mehreren Halbleiter-Dies können gestapelt werden, wenn sie in das Substrat eingebettet sind.The one or more semiconductor dies can be stacked when embedded in the substrate.
Die mindestens drei Stiftrippenanschlüsse können ein P-Anschluss, N-Anschluss und ein Ausgangsanschluss sein.The at least three pin fin connections can be a P-connection, N-connection and an output connection.
Der N-Anschluss und der P-Anschluss können mit gegenüberliegenden Seiten des Substrats gekoppelt sein.The N-terminal and the P-terminal can be coupled to opposite sides of the substrate.
In verschiedenen Implementierungen von Gehäusen kann nur ein Substrat eingeschlossen sein.In various implementations of packages, only one substrate may be enclosed.
Die mindestens drei Stiftrippenanschlüsse können sechs Stiftrippenanschlüsse sein und die sechs Stiftrippenanschlüsse können ein P-Anschluss, ein N-Anschluss, ein U-Ausgangsanschluss, ein V-Ausgangsanschluss und ein W-Ausgangsanschluss sein.The at least three pin-rib terminals may be six pin-rib terminals, and the six pin-rib terminals may be a P-terminal, an N-terminal, a U-out terminal, a V-out terminal, and a W-out terminal.
Das Gehäuse kann ein Traktionsumrichtermodul sein.The housing can be a traction converter module.
Implementierungen eines Immersionskühlsystems können eine Immersionskühlkammer einschließen, die ein Kühlmittel einschließt, das mit einem Kühl-Wärmetauscher gekoppelt ist; wobei ein Halbleitergehäuse in das Kühlmittel eingetaucht ist. Das Halbleitergehäuse kann ein oder mehrere Halbleiter-Dies, die in ein Substrat eingebettet sind; mindestens einen Stiftrippenanschluss, der mit dem Substrat gekoppelt ist; mindestens einen Signalanschlussdrahtverbinder; einen mit dem Substrat gekoppelten Aufnahmeabschnitt; und eine Beschichtung einschließen, die direkt mit allen Oberflächen des Substrats gekoppelt ist, die während des Betriebs einem Kühlmittel ausgesetzt sind.Implementations of an immersion cooling system may include an immersion cooling chamber enclosing a coolant coupled to a cooling heat exchanger; wherein a semiconductor package is immersed in the coolant. The semiconductor package may include one or more semiconductor dies embedded in a substrate; at least one pin fin terminal coupled to the substrate; at least one signal lead wire connector; a receiving portion coupled to the substrate; and include a coating directly coupled to all surfaces of the substrate that are exposed to coolant during operation.
Implementierungen eines Immersionskühlsystems können eines, alle oder beliebige der Folgenden einschließen:
- Der Aufnahmeabschnitt kann dazu konfiguriert sein, an einer mit der Immersionskühlkammer gekoppelten Aufnahme befestigt zu werden.
- The receptacle portion can be configured to be attached to a receptacle coupled to the immersion cooling chamber.
Das eine oder die mehreren Halbleiter-Dies können parallel gekoppelt werden, wenn sie in das Substrat eingebettet sind.The one or more semiconductor dies can be coupled in parallel when embedded in the substrate.
Das eine oder die mehreren Halbleiter-Dies können gestapelt werden, wenn sie in das Substrat eingebettet sind.The one or more semiconductor dies can be stacked when embedded in the substrate.
Der mindestens eine Stiftrippenanschluss kann drei Stiftrippenanschlüsse sein und wobei die drei Stiftanschlüsse ein P-Anschluss, N-Anschluss und ein Ausgangsanschluss sein können.The at least one pin-rib terminal may be three pin-rib terminals, and the three pin terminals may be a P-terminal, N-terminal, and an output terminal.
Der N-Anschluss und der P-Anschluss können mit gegenüberliegenden Seiten des Substratsystems gekoppelt sein, wobei nur ein Substrat in das Halbleitergehäuse eingeschlossen sein kann.The N-terminal and the P-terminal can be connected to opposite sides of the substrate be coupled systems, wherein only one substrate can be included in the semiconductor package.
Der/Die mindestens (eine) Stiftrippenanschlüsse können sechs Stiftrippenanschlüsse sein und wobei die sechs Stiftrippenanschlüsse ein P-Anschluss, ein N-Anschluss, ein U-Ausgangsanschluss, ein V-Ausgangsanschluss und ein W-Ausgangsanschluss sein können.The at least (one) pin-rib terminals may be six pin-rib terminals and wherein the six pin-rib terminals may be a P-terminal, an N-terminal, a U-out terminal, a V-out terminal, and a W-out terminal.
Das Halbleitergehäuse kann ein Traktionsumrichtermodul sein.The semiconductor package can be a traction converter module.
Implementierungen eines Verfahrens zum Bilden eines Halbleitergehäuses können das Einbetten eines oder mehrerer Halbleiter-Dies in ein Substrat; Koppeln mindestens eines Stiftrippenanschlusses direkt mit einer Seite des Substrats unter Verwendung eines Fügeprozesses; Koppeln mindestens eines Signalanschlussdrahtverbinders und eines mit dem Substrat gekoppelten Aufnahmeabschnitts; und Aufbringen einer Beschichtung direkt über alle Oberflächen des Substrats einschließen, die während des Betriebs einem Kühlmittel ausgesetzt sind.Implementations of a method of forming a semiconductor package may include embedding one or more semiconductor dies in a substrate; coupling at least one pin fin terminal directly to a side of the substrate using a bonding process; coupling at least one signal lead wire connector and a receiving portion coupled to the substrate; and applying a coating directly over all surfaces of the substrate that are exposed to coolant during operation.
Implementierungen eines Verfahrens zum Ausbilden eines Halbleitergehäuses können eines, alle oder jegliche der folgenden einschließen:
- Das Einbetten des einen oder der mehreren Halbleiter-Dies kann ferner das Stapeln von zwei oder mehr Halbleiter-Dies einschließen.
- Embedding the one or more semiconductor dies may further include stacking two or more semiconductor dies.
Das Einbetten des einen oder der mehreren Halbleiter-Dies kann ferner das parallele elektrische Koppeln von zwei oder mehr Halbleiter-Dies einschließen.Embedding the one or more semiconductor dies may further include electrically coupling two or more semiconductor dies in parallel.
Die vorstehenden und weitere Gesichtspunkte, Merkmale und Vorteile werden für den Fachmann aus der BESCHREIBUNG und den ZEICHNUNGEN sowie aus den ANSPRÜCHEN offensichtlich sein.The above and other aspects, features and advantages will be apparent to those skilled in the art from the DESCRIPTION and DRAWINGS, as well as from the CLAIMS.
Figurenlistecharacter list
Im Folgenden werden Implementierungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleichartige Elemente bezeichnen und Folgendes gilt:
-
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Implementierung eines Halbleitergehäuses, das in einer Immersionskühlkammer platziert ist; -
2 ist eine Querschnittsansicht einer Implementierung eines Halbleitergehäuses, das in einer Immersionskühlkammer platziert ist; -
3 ist eine Querschnittsansicht einer Implementierung eines Halbleitergehäuses mit parallel gekoppeltem Halbleiter-Die; -
4 ist eine Querschnittsansicht einer Implementierung eines Halbleitergehäuses mit aufeinander gestapelten Halbleiter-Dies; -
5 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Implementierung eines Substrats nach dem Einbetten der Halbleiter-Dies darin; -
6 ist eine Querschnittsansicht der Substratimplementierung von5 nach dem Koppeln von drei Stiftrippenanschlüssen unter Verwendung eines Fügeprozesses; -
7 ist eine Querschnittsansicht der Gehäuseimplementierung von7 nach dem Koppeln von Anschlüssen mit den drei Stiftrippenanschlüssen; und -
8 ist eine Querschnittsansicht der Gehäusesausführung von7 nach dem Aufbringen einer Beschichtung auf die freiliegenden Substratoberflächen.
-
1 Figure 12 is a perspective view of an implementation of a semiconductor package placed in an immersion cooling chamber; -
2 Figure 12 is a cross-sectional view of an implementation of a semiconductor package placed in an immersion cooling chamber; -
3 Fig. 12 is a cross-sectional view of an implementation of a parallel-coupled semiconductor die semiconductor package; -
4 Figure 12 is a cross-sectional view of an implementation of a semiconductor package with stacked semiconductor dice; -
5 Figure 12 is a cross-sectional side view of an implementation of a substrate after embedding the semiconductor dies therein; -
6 FIG. 12 is a cross-sectional view of the substrate implementation of FIG5 after coupling three pin fin terminals using a joining process; -
7 FIG. 12 is a cross-sectional view of the package implementation of FIG7 after mating connectors to the three pin fin connectors; and -
8th 7 after applying a coating to the exposed substrate surfaces.
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Diese Offenbarung, ihre Gesichtspunkte und Implementierungen sind nicht auf die hier offenbarten speziellen Komponenten, Montageprozeduren oder Verfahrenselemente beschränkt. Viele weitere im Stand der Technik bekannte Komponenten, Montageverfahren und/oder Verfahrenselemente, die mit dem angestrebten Halbleitergehäuse vereinbar sind, gehen aus dieser Offenbarung zur Verwendung mit besonderen Implementierungen hervor. Entsprechend können zum Beispiel, obwohl besondere Implementierungen offenbart sind, diese Implementierungen und implementierenden Komponenten beliebige Formen, Größen, Bauarten, Typen, Modelle, Versionen, Abmessungen, Konzentrationen, Materialien, Mengen, Verfahrenselemente, Verfahrensschritte und/oder dergleichen aus dem Stand der Technik für diese Halbleitergehäuse sowie implementierenden Komponenten und Verfahren umfassen, die mit der angestrebten Wirkungsweise und den angestrebten Verfahren vereinbar sind.This disclosure, its aspects, and implementations are not limited to the specific components, assembly procedures, or method elements disclosed herein. Many other components, assembly methods, and/or method elements known in the art that are compatible with the desired semiconductor package will become apparent from this disclosure for use with particular implementations. Accordingly, for example, although particular implementations are disclosed, these implementations and implementing components can be any shape, size, make, type, model, version, dimension, concentration, material, quantity, process element, process step, and/or the like known in the art these semiconductor packages and implementing components and methods that are consistent with the intended operation and methods.
Unter Bezugnahme auf
Wie in
Bezug nehmend auf
In einem Satz von Implementierungen kann das Material des Substrats 56 ein beliebiges von einer großen Vielfalt von Materialtypen sein, die für Leiterplatten verwendet werden, einschließlich, als nicht einschränkendes Beispiel, FR1, FR2, FR4, FR5, FR6, G-10, G-11, Aluminiumoxid, glasverstärktes Epoxylaminat, Laminate, isolierte Metallsubstrate, Polyimidfolie oder ein anderer Leiterplatten-Materialtyp, in das Halbleiter-Dies eingebettet werden können. In einem anderen Satz von Implementierungen kann das Material des Substrats ein Direct-Bonded-Copper-Substrat (DBC-Substrat) sein. In noch anderen Implementierungen kann das Substrat ein isoliertes Metallsubstrat (IMS) sein. In noch anderen Implementierungen kann das Substrat ein Keramiksubstrat sein. Da Abschnitte des Substrats 56 auch nach dem Koppeln der Stiftrippenanschlüsse 38, 40, 42 daran freiliegen, wird eine Beschichtung 74 mit der Außenfläche des Substrats 56 gekoppelt. Die Beschichtung 74 kann eine große Anzahl von Effekten bereitstellen, wie, als nicht einschränkendes Beispiel, Korrosionsschutz; Ionengettern zur Verlängerung der Lebensdauer; physischen Schutz während der Montage; mechanischen Schutz vor Kühlmittelfluss über die Oberfläche; Partikel-/Flockenschutz von Partikeln aus der Kammer, dem Gehäuse und/oder Montagedebris; und andere positive Auswirkungen, die sich aus dem Schutz des Materials des Substrats 56 vor dem Kühlmittel 34 ergeben.In one set of implementations, the
Während die Beschichtung 74 in
Eine große Vielfalt von Konfigurationen und Typen von Halbleiter-Dies und Leiterbahnen können in verschiedenen Substratimplementierungen verwendet werden. Unter Bezugnahme auf
Sowohl bei der in
Verschiedene Verfahren zum Bilden von Halbleitergehäusen wie diejenigen, die in diesem Dokument offenbart sind, beinhalten Prozesse des Bildens von Substraten und des Befestigens von Komponenten daran. Unter Bezugnahme auf
Bezug nehmend auf
Unter Bezugnahme auf
Unter Bezugnahme auf
In verschiedenen Halbleitergehäuse-Implementierungen, während die hierin veranschaulichten Stiftrippen als in dem Kühlmittel suspendiert veranschaulicht sind, können einer oder mehrere der Stiftrippenanschlüsse die Wand/Wände der Immersionskühlkammer berühren. In einigen können die Stiftrippenanschlüsse direkt mit den/über die Wände(n) durch Schrauben/Boden gekoppelt werden; in anderen können der/die Stiftrippenanschluss/-anschlüsse lediglich in physischem Kontakt mit der Wand/den Wänden der Immersionskühlkammer stehen. In derartigen Implementierungen, bei denen eine ausreichende mechanische Stütze durch/gegen die Wände der Immersionskühlkammer unter Verwendung der Stiftrippen verfügbar ist, kann unter Umständen keine Aufnahmevorrichtung verwendet werden, um das darin befindliche Halbleitergehäuse weiter zu sichern. In derartigen Implementierungen kann kein Aufnahmeabschnitt mit dem Substrat enthalten/gekoppelt sein. Außerdem ist in derartigen Implementierungen eine zusätzliche leitfähige Wärmeübertragung an die Wand/Wände der Immersionskühlkammer möglich. Eine große Vielfalt von Konfigurationen von Stiftrippenanschlüssen für verschiedene Halbleitergehäuse-Implementierungen, die Kontakt/Bonden mit der Wand/den Wänden der Immersionskühlkammer beinhalten, können unter Verwendung der in diesem Dokument offenbarten Prinzipien entwickelt werden.In various semiconductor package implementations, while the pin-fins illustrated herein are illustrated as being suspended in the coolant, one or more of the pin-fin leads may contact the wall(s) of the immersion cooling chamber. In some, the pin fin connectors can be coupled directly to/across the wall(s) by screws/floor; in others, the pin fin connector(s) may merely be in physical contact with the wall(s) of the immersion cooling chamber. In such implementations, where sufficient mechanical support is available through/against the walls of the immersion cooling chamber using the pin fins, a receptacle may not be used to further secure the semiconductor package therein. In such implementations, a receiving portion may not be included/coupled to the substrate. Additionally, additional conductive heat transfer to the wall(s) of the immersion cooling chamber is possible in such implementations. A wide variety of pin fin termination configurations for various semiconductor package implementations that include contact/bonding to the wall(s) of the immersion cooling chamber can be developed using the principles disclosed in this document.
Implementierungen eines Halbleitergehäuses können einschließen, dass die mindestens drei Stiftrippenanschlüsse ein P-Anschluss, N-Anschluss und ein Ausgangsanschluss sind.Implementations of a semiconductor package may include the at least three pin fin terminals being a P-terminal, N-terminal, and an output terminal.
Implementierungen eines Halbleitergehäuses können einschließen, dass nur ein Substrat enthalten ist.Implementations of a semiconductor package may include only one substrate being included.
Implementierungen eines Halbleitergehäuses können einschließen, dass die mindestens drei Stiftrippenanschlüsse sechs Stiftrippenanschlüsse sind und die sechs Stiftanschlüsse ein P-Anschluss, ein N-Anschluss, ein U-Ausgangsanschluss, ein V-Ausgangsanschluss und ein W-Ausgangsanschluss sind.Implementations of a semiconductor package may include where the at least three pin-fin terminals are six pin-fin terminals and the six pin terminals are a P-terminal, an N-terminal, a U-out terminal, a V-out terminal, and a W-out terminal.
Implementierungen eines Halbleitergehäuses können einschließen, dass das Gehäuse ein Traktionsumrichtermodul ist.Implementations of a semiconductor package may include the package being a traction converter module.
Implementierungen eines Halbleitergehäuses können einschließen, dass der N-Anschluss und der P-Anschluss mit gegenüberliegenden Seiten des Substrats gekoppelt sind.Implementations of a semiconductor package may include the N-terminal and the P-terminal coupled to opposite sides of the substrate.
Es versteht sich ohne Weiteres, dass dort, wo sich die vorstehende Beschreibung auf besondere Implementierungen von Halbleitergehäusen und implementierenden Komponenten, Teilkomponenten, Verfahren und Teilverfahren bezieht, eine Reihe von Abwandlungen vorgenommen werden kann, ohne von ihrem Wesen abzuweichen, und dass diese Implementierungen, implementierenden Komponenten, Teilkomponenten, Verfahren und Teilverfahren auch auf andere Halbleitergehäusetypen angewendet werden können.It will be readily understood that where the foregoing description refers to particular implementations of semiconductor packages and implementing components, sub-components, methods and sub-methods, a number of modifications can be made without departing from the essence and that these implementations, implementing Components, sub-components, methods and sub-methods can also be applied to other semiconductor package types.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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